基于Huber权函数的Allan方差非相关差分抗差估计方法

原子钟频率稳定度计算时由于钟差观测异常会导致Allan方差出现较大的估计偏差。本文首先建立了Allan方差的差分估计模型,根据钟差的差分序列统计特性分析了相关差分估计的噪声识别与白化等计算复杂度问题;针对上述难点提出了一种基于Huber权函数的非相关差分抗差估计方法,建立了一种非相关差分序列的构造方法,有效避免了复杂的噪声识别及白化计算,给出了Allan方差的非相关差分抗差估计的推导,并对抗差过程引入的误差累积给出了一种抵消方法;最后给出了完整的抗差估计方案,并利用实测数据进行了实验验证,结果表明本文方法对相位单点跳变、相位阶跃跳变具有显著的抗差能力,抗差估计可使异常引入的相对偏差由近200%降至5%以内。     

Huber加权的频率稳定度非相关差分抗差估计方法

计算原子钟频率稳定度时,钟差观测异常会导致Allan方差出现较大的估计偏差。建立Allan方差的差分估计模型,根据钟差的差分序列统计特性分析了相关差分估计的噪声识别与白化等计算复杂度问题;针对上述难点提出一种基于Huber权函数的非相关差分抗差估计方法,建立一种非相关差分序列的构造方法,有效避免了复杂的噪声识别及白化计算;给出Allan方差的非相关差分抗差估计的推导,并对抗差过程引入的误差累积给出了一种抵消方法;给出完整的抗差估计方案,并利用实测数据进行了实验验证。实验结果表明本方法对相位单点跳变、相位阶跃跳变具有显著的抗差能力,抗差估计可使异常引入的相对偏差由近200%降至10%以内。     

针对GNSS授时接收机的转发式欺骗干扰技术研究

授时接收机通过接收并处理卫星导航信号以获取高精度时间,为通信、电力及金融等系统提供精准的标准时间信号。提出了一种针对授时接收机的转发式欺骗干扰技术,通过对目标接收机的精密定位以及转发信号的精确时延控制,实现了对授时接收机的定时偏差控制,从而使其上层系统无法正常工作。通过建立仿真模型,验证了该欺骗干扰技术的有效性。     

复杂干扰环境下的卫星授时接收机加固技术

对目前导航卫星授时接收机面临的干扰模型和应对措施进行了归纳总结。结合授时接收机工作原理和特点,给出了授时接收机加固的通用框架。在此基础上,对授时接收机加固技术的发展趋势进行了分析,提出了基于钟差辅助和网络辅助的两种干扰检测方法。前者充分利用了多系统多卫星钟差数据的冗余性和本地时钟的特性,后者则利用了授时接收机网络具备数据通信和广域覆盖的特点。通过干扰检测结果给出完好性评估并引导授时接收机的工作模式,可以提升复杂干扰环境下卫星授时的可靠性和完好性。     

卫星双向与单向载波联合的北斗星载钟短稳评估方法

卫星导航系统评估星载钟稳定度通常需要大型地面监测网的观测数据和复杂的钟差确定算法,不能基于单站观测数据实现。论文在分析利用单站观测数据评估星载钟短稳方法的基础上,提出了一种相对容易实现的联合卫星双向载波测距值与GNSS单向载波观测值的星载钟短稳评估方法。该方法通过卫星双向载波测距确定星地几何距离,基于消除星地几何距离的GNSS接收机载波相位观测值估算卫星相对钟差,进而实现其短稳评估。利用北斗系统观测数据进行了有效性验证,并与复杂钟差确定算法以及利用平滑广播星历的方法(SBE法)进行了对比,本文方法与复杂钟差确定算法计算的结果相符,在1000s平滑间隔内与SBE法结果一致,相对误差小于10%,1000s以上好于SBE法。     

振荡器相位噪声对GNSS接收机载波跟踪数字锁相环性能的影响

关于振荡器相位噪声引起的GNSS接收机载波跟踪数字锁相环相位抖动,目前的解析结论仍是基于模拟锁相环的,不能说明相位抖动大小与中频积累时间的关系,因此不能有效指导高灵敏度、高精度载波跟踪锁相环参数设计.本文首先推导中频积累输出的频率白噪声、频率游走噪声序列的功率谱,然后基于数字二阶锁相环离散线性模型导出了环路相位抖动公式并进行了仿真验证,最后对公式进行了解析和数值分析.分析结果表明:频率白噪声、频率游走噪声引起的二阶载波跟踪锁相环相位抖动,均随中频积累时间单调递增,随环路带宽先递减后递增.本文推得的相位抖动公式及其随参数变化特征的分析结论,可用于具体指导GNSS载波跟踪锁相环参数设计.     

基于IGSO卫星的多普勒定位单向授时方法研究

针对导航战、城市或者室内环境中,可见卫星数目小于3颗,用户位置未知时,接收机无法完成授时等问题,并结合我国已有卫星导航系统(北斗和CAPS系统)现状,提出了一种基于IGSO卫星的多普勒定位单向授时方法。该方法通过测量卫星信号的多普勒频移,采用积分多普勒计数计算用户位置,完成单向授时功能。分析结果表明,使用3颗IGSO卫星搭载透明转发器载荷,可使我国领土范围内的定位授时可用性基本达到100%;静态观测用户,长期测量定位精度可达3m以内,授时精度误差小于100ns。由于该方法最少只需观测1颗IGSO卫星信号,这为导航战背景及微弱信号环境下的定位授时服务,提供了新的解决方法。     

北斗系统星载原子钟周期性波动的频谱分析校正方法

在建立卫星导航系统星座自主守时时间基准时,必须消除星载原子钟钟差数据中包含的周期性波动,以免将其引入系统时间。针对这一问题,基于国际卫星导航服务组织(International GNSS Service, IGS)提供的北斗系统星载原子钟钟差产品,提出了一种基于频谱分析的星载原子钟周期性波动校正方法。通过比较校正前后钟差数据的频率稳定度性能差异,确认该方法能够消除由环境因素引起的钟差数据周期性波动。北斗系统各类卫星星载原子钟的性能在校正后都得到了提升。地球同步轨道卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升50%左右,中轨道地球卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升23%左右,倾斜地球同步轨道卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升15%左右。经过校正,北斗二号和北斗三号系统中的星载原子钟普遍达到了地面站铯钟的频率稳定度性能,为完全基于星载原子钟的星座自主守时提供了基础。